Arbah DSP - CS-Lab
Transkrypt
Arbah DSP - CS-Lab
Serwonapęd Arbah DSP Quick Installation Guide / Skrócona instrukcja użytkownika Dotyczy wersji sprzętowej Dotyczy wersji oprogramowania Rev 1.0 © copyright 2013 – CS-Lab s.c. : v1 : v1.20 1 Wstęp 1.1 Oznaczenia używane w niniejszej instrukcji __________________________________________________________________________________ Oznacza potencjalne niebezpieczeństwo, ryzyko odniesienia obrażeń ciała. __________________________________________________________________________________ Oznacza użyteczną informację, wskazówkę. __________________________________________________________________________________ Oznacza ostrzeżenie, niezastosowanie się może prowadzić do niewłaściwego funkcjonowania, bądź uszkodzenia urządzenia. __________________________________________________________________________________ 1.2 Zgodność z normami Serwonapędy serii ARBAH zostały zaprojektowane i wykonane zgodnie z normami krajowymi i międzynarodowymi dotyczącymi przemysłowych systemów sterowania wykonanych na bazie elementów elektronicznych: EN 61800-5-1 Elektryczne układy napędowe sterujące prędkością obrotową silników – wymagania bezpieczeństwa – elektryczne, cieplne i energetyczne EN 61800-3 Systemy napędowe z regulowaną prędkością. Standard EMC oraz metody testowania EN 61000-6-2 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Ogólne wymogi. Zgodność ze standardami dla środowiska przemysłowego. EN 61000-6-4 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Ogólne wymogi. Zgodność ze standardami emisji dla środowiska przemysłowego. EN 61000-3-2 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Limity odnośnie emisji harmonicznych prądu. EN 61000-3-3 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Limity, ograniczenia odnośnie fluktuacji napięcia oraz zaburzeń w systemach zasilania niskonapięciowego. Produkt wykonany w technologii bezołowiowej, zgodny z normami RoHS. 1.3 Dane techniczne Parametr 1 Napięcie zasilania końcówki mocy Maksymalny ciągły prąd wyjściowy Maksymalna ciągła moc wyjściowa 2 Zalecana moc silnika2 Obsługiwane typy silników 3 Zabezpieczenia końcówki mocy Ilość wejść cyfrowych Ilość wyjść cyfrowych Ilość wejść enkoderowych Napięcie zasilania logiki Pobierana moc (24V) Maksymalne dopuszczalne napięcie na liniach we/wy Maksymalne obciążenie linii wyjściowej Rodzaj sygnału zadawania pozycji/prędkości Max. Częstotliwość sygnału STEP Maksymalna częstotliwość sygnału enkodera Typ enkodera Rodzaj sygnału enkodera Połączenie z PC (konfiguracja) Połączenie z kontrolerem ruchu (diagnostyka) Zakres temperatury otoczenia Wilgotność względna 1 Wartość 155 VDC (24V – 180V DC) 20A 2.1 kW 0.7 kW DC / BLDC / AC-Synchroniczne Zwarciowe, przeciążeniowe, przepięciowe oraz termiczne 6 3 1 24VDC +/-10% 5W 30VDC 50mA Krok/Kierunek (STEP/DIR) Sygnał różnicowy 4 MHz 8 MHz Inkrementalny TTL Różnicowy RS232 Szyna CAN 0oC do +50oC 10% do 95% (bez zjawiska skraplania) Zalecany sposób zasilania to transformator na 110V AC z prostownikiem oraz kondensatorem. W efekcie otrzymamy 110[𝑉] ∗ √2 ≈ 156[𝑉]. 2 Napęd jest w stanie dostarczyć ciągłej mocy 2.1kW. Należy jednak pamiętać, że każdy silnik można chwilowo przeciążać. Jeśli podłączymy silnik o mocy znamionowej 2.1kW, to wszystko będzie działać poprawnie, ale nie będzie możliwości przeciążania silnika, więc nie wykorzystamy w pełni jego możliwości. Dlatego zalecana moc znamionowa silnika to 0,7kW, mamy wtedy możliwość chwilowego trzykrotnego przeciążenia. 3 Silniki bezszczotkowe (BLDC, AC oraz AC liniowe) muszą posiadać cyfrowe czujniki HALL by można było ich używać z napędem Arbah-DSP 2 Blokowy schemat podłączeń Poniżej znajdują się poglądowe schematy podłączeń dla silnika trójfazowego bezszczotkowego oraz dla silnika szczotkowego. Łatwo zauważyć, że oba schematy są niemal identyczne. W przypadku silnika DC do zasilania silnika wykorzystujemy tylko skrajne fazy (U oraz W), z czego do fazy U podłączamy „+” silnika DC, a do fazy W podłączamy wyprowadzenie „-„ silnika. Ponadto w przypadku silnika DC nie ma potrzeby stosowania czujników HALL’a. Podłączenie szyny CAN jest opcjonalne, ale zalecane gdy napędu używamy w połączeniu ze sterownikiem CSMIO/IP-x oraz programem Mach3. Dzięki połączeniu CAN ze sterownikiem CSMIO/IP zyskujemy dodatkową możliwość szybkiej diagnostyki napędu bezpośrednio w programie Mach3. Ponadto, w przypadku wystąpienia awarii, status napędu zapamiętywany jest w pliku log. Podłączenie sygnałów we/wy napędu ze sterownikiem również jest opcjonalne, ale warto mieć skonfigurowany chociażby sygnał ALARM, gdyż w przypadku awarii jednej osi maszyny sterownik otrzyma stosowną informację i zatrzyma pozostałe osie. Napęd posiada funkcję synchronizacji sygnału HOME z indeksem enkodera. Oznacza to, że można skorzystać z dokładnego bazowania, nawet w przypadku, gdy sterownik CNC takiej funkcji nie posiada. Jeśli chcemy z tego skorzystać, sygnał HOME zamiast do sterownika CNC podłączamy do napędu ArbahDSP (do jednego z wejść cyfrowych), a jedno z wyjść napędu podłączamy do sterownika CNC. Wejście cyfrowe w napędzie konfigurujemy jako „HOME”, a wyjście jako „HOME Sync. Out”. W urządzeniu ArbahDSP występują napięcia mogące powodować zagrożenia dla zdrowia i życia. Przed przystąpieniem do jakichkolwiek czynności instalacyjnych wyłącz zasilanie urządzenia i odczekaj minimum 10 minut – jest to czas potrzebny do rozładowania kondensatora. Podczas pracy urządzenia, nie odłączaj ani nie podłączaj żadnych przewodów (poza diagnostycznym). Może to spowodować nieprzewidziane zachowanie silnika, a w skrajnym przypadku nawet uszkodzić serwonapęd. 2.1 Silniki bezszczotkowe (AC / BLDC) 2.2 Silniki szczotkowe (DC) 3 Opis wyprowadzeń złącz napędu CN3 – Złącze końcówki mocy CN2 – Złącze konfiguracji CN1 – Złącze sygnałowe 3.1 CN1 - Złącze sygnałowe Widok złącza od przodu urządzenia / wtyczki od str. lutowania Nr Pinu w złączu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Sygnał +24V STEP+ DIR+ OUT0 [C] OUT1 [C] OUT2 [C] IN0 IN2 IN4 IN_COMMON CAN_L ENC_A+ ENC_B+ ENC_Z+ HALL_A+ HALL_B+ HALL_C+ +5V Out GND GND STEPDIROUT0 [E] OUT1 [E] OUT2 [E] IN1 IN3 IN5 Opis Zasilanie logiki (24V DC) Sygnał kroku (dodatnie wejście transoptora) Sygnał kierunku (dodatnie wejście transoptora) Wyjście cyfrowe 0 (Kolektor) Wyjście cyfrowe 1 (Kolektor) Wyjście cyfrowe 2 (Kolektor) Wejście 0 Wejście 2 Wejście 4 Wspólne wyprowadzenie wejść Szyna CAN (L) We. Enkodera A (+) We. Enkodera B (+) We. Enkodera Z (+) We. Czujnika HALL A (+) We. Czujnika HALL B (+) We. Czujnika HALL C (+) Wyjście 5V do zasilania enkodera oraz czujników HALL’a silnika Masa (0V) enkodera oraz czujników HALL’a Masa (0V) zasilania logiki Sygnał kroku (ujemne wejście transoptora) Sygnał kierunku (ujemne wejście transoptora) Wyjście cyfrowe 0 (Emiter) Wyjście cyfrowe 1 (Emiter) Wyjście cyfrowe 2 (Emiter) Wejście 1 Wejście 3 Wejście 5 29 30 31 32 33 34 35 36 37 CAN_H GND ENC_AENC_BENC_ZHALL_AHALL_BHALL_CGND Szyna CAN (H) Masa (0V) dla sygnałów CAN We. Enkodera A (-) We. Enkodera B (-) We. Enkodera Z (-) We. Czujnika HALL A (-) We. Czujnika HALL B (-) We. Czujnika HALL C (-) Masa (0V) 3.2 CN2 - Złącze komunikacji Widok złącza od przodu urządzenia Nr Pinu w złączu 1 2 3 4 5 6 Sygnał GND TxD Ext. 5V RxD NC NC Opis Masa sygnałowa Linia nadawcza RS232 Wyjście 5V/100mA Linia odbiorcza RS232 - 3.3 CN3 - Złącze końcówki mocy Widok wtyczki od góry Nr Pinu w złączu 1 2 3 4 5 6 Sygnał +VHH -VHH PE W V U Opis (+) Zasilanie końcówki mocy (155V) (-) Zasilanie końcówki mocy (155V) Uziemienie Zasilanie silnika (faza W) Zasilanie silnika (faza V) Zasilanie silnika (faza U) 4 Uruchomienie i konfiguracja Napęd ArbahDSP powstał z myślą o systemach sterowania CNC. Z uwagi na to, że przyjęto relatywnie wąski zakres zastosowań, można było uprościć proces konfiguracji, by użytkownik - instalator nie musiał „przebijać” się przez dziesiątki parametrów, których nigdy i tak nie używa. Parametry konfiguracyjne zostały podzielone na grupy funkcjonalne, dzięki temu cała konfiguracja jest bardzo przejrzysta i zajmuje mało czasu. Rzeczą, która może sprawiać trudność mniej doświadczonym użytkownikom to strojenie regulatora PID oraz ustawienie parametrów wymaganych w przypadku silników bezszczotkowych. Wiedza i doświadczenie są w tym przypadku bardzo cenne, niemniej jednak, uważnie czytając niniejszą dokumentację, mniej doświadczeni instalatorzy również będą w stanie poprawnie skonfigurować napęd ArbahDSP. Do konfiguracji napędu potrzebujemy oprogramowania DrUrbitrus, oraz konwertera USB-RS232 bądź odpowiedniego przewodu. Program DrUrbitrus jest dostępny za darmo na stronie http://www.cs-Lab.eu, natomiast konwerter i przewód można zakupić w sklepie internetowym, również na stronie http://www.cs-Lab.eu. Pierwsze uruchomienie napędu przeprowadzaj zawsze z wyłączonym zasilaniem końcówki mocy(VHH)! Najpierw skonfiguruj typ silnika, sygnały we/wy, sprawdź działanie wyłącznika E-STOP i ustaw startowe (małe) wartości wzmocnień regulatora PID. Dopiero wtedy można załączyć napięcie końcówki mocy i przystąpić do dalszej konfiguracji. 4.1 Instalacja oprogramowania konfiguracyjno-diagnostycznego 4.1.1 Sterownik konwertera USB-RS232 Jeśli używamy konwertera USB-RS232 zakupionego w firmie CS-Lab, należy najpierw pobrać z naszej strony (http://www.cs-lab.eu) i zainstalować sterownik. Po uruchomieniu instalatora sterownika (CP210x_VCP_Win_XP_S2K3_Vista_7.exe) należy postępować zgodnie z komunikatami na ekranie. Po krótkiej chwili instalacja będzie zakończona. 4.1.2 Program DrUrbitrus Program nie wymaga instalacji, pobrany plik DrUrbitrus.zip należy rozpakować w dowolnym miejscu, na przykład na pulpicie. Należy podłączyć przewód do złącza diagnostycznego napędu i uruchomić program „DrUrbitrus.exe”. Po chwili powinno ukazać się główne okno programu. Jeśli pojawia się okno błędu, należy zamknąć program i spróbować uruchomić jeszcze raz – sporadycznie występujące zakłócenia transmisji powodują pojawienie się tego komunikatu. Jeśli mimo ponownych prób połączenie nie zostaje nawiązane i cały czas pojawia się komunikat błędu, należy sprawdzić połączenia, zasilanie logiki (24V) napędu i sprawdzić czy na pewno został zainstalowany sterownik konwertera USB-RS232. Jeśli wszystko zostało zainstalowane poprawnie, otworzy się okno programu, a połączenie zostanie nawiązane automatycznie, o czym informować będzie zielona ikona w lewym dolnym rogu okna oraz status „online”. 4.2 Ogólne zasady i uwagi dotyczące programu DrUrbitrus W oprogramowaniu DrUrbitrus zaimplementowane zostały tylko niezbędne opcje do konfiguracji i diagnostyki. Program jest więc prosty w obsłudze i można go bardzo szybko opanować. Poniżej znajduje się kilka zasad/uwag dotyczących korzystania z programu. 4.2.1 Pasek narzędzi Często używane opcje dostępne są z paska narzędzi, dzięki temu zawsze jest do nich szybki dostęp. Ikony kolejno od lewej mają przyporządkowane następujące funkcje: Ikona Odpowiadająca funkcja menu - FileLoad Parameters Opis Zamknięcie/nawiązanie połączenia z napędem. Jeśli np. kończymy konfigurować jeden napęd i zamierzamy konfigurować kolejny – klikamy tą ikonę by zakończyć połączenie, następnie podłączamy przewód do kolejnego napędu i klikamy ponownie tą ikonę by nawiązać połączenie. Załadowanie konfiguracji z pliku. Warto nagrywać konfigurację napędu po skonfigurowaniu. W razie awarii i konieczności wymiany, wszystkie ustawienia będzie można wgrać przy pomocy tej funkcji. Zapis konfiguracji napędu do pliku. FileSave Parameters - ToolsParameters Monitor ToolsFastScope (WAŻNE!) Zapis konfiguracji w pamięci nieulotnej napędu. Należy kliknąć tą ikonę po dokonaniu zmian w konfiguracji napędu. Bez tego, po wyłączeniu zasilania napęd wróci do poprzednich ustawień. Podgląd parametrów napędu w czasie rzeczywistym. Po kliknięciu w tą ikonę zostanie otworzone okno z listą wszystkich ważnych parametrów. Wiele z nich można obserwować również w formie wykresu. Jest to bardzo przydatne narzędzie podczas konfiguracji i strojenia napędu. Funkcja szybkiego oscyloskopu (będzie dostępna w kolejnych wersjach oprogramowania). Ikona Odpowiadająca funkcja menu ToolsJog / IO Control ToolsShow Alarms Opis Otwiera okno, w którym możemy sprawdzić i/lub ręcznie ustawiać stan wejść/wyjść. W kolejnych wersjach oprogramowania będzie też możliwość ręcznego załączenia i sterowania silnikiem. Otwiera okno z listą alarmów. Otwiera okno strojenia regulatorów PID. ConfigurationPID Tuning ConfigurationMotor Parameters Ustawienie parametrów silnika. Konfiguracja wejść i wyjść cyfrowych napędu. ConfigurationIO Signals - Okno do celów testowych. Nie jest potrzebne do normalnej obsługi. Przeznaczone do testowania niektórych funkcji. 4.2.2 Pasek statusu Pasek statusu informuje o aktualnym stanie połączenia z napędem. Ikona Opis Brak połączenia. offline connecting/online Mruganie tego znaku oznacza próbę łączenia, wyświetlanie ciągłe oznacza, że połączenie jest nawiązane i aktywne. 4.2.3 Wprowadzanie wartości liczbowych Po wpisaniu wartości do pola tekstowego należy zawsze zatwierdzić wciskając klawisz „Enter”. Dopiero wtedy nowa wartość wysłana jest do napędu ArbahDSP. O tym czy edytowana wartość została zatwierdzona informuje kolor podświetlenia pola tekstowego. Kolor zielony oznacza, że wartość była zatwierdzona i wysłana do urządzenia, a kolor pomarańczowy oznacza, że wartość zatwierdzona nie była. 4.2.4 Zapis do pamięci nieulotnej Zmiany wprowadzone w konfiguracji napędu zostaną utracone po wyłączeniu zasilania jeśli nie klikniemy ikony na pasku narzędzi. Czasami utrata zmian w konfiguracji jest pożądana, na przykład gdy testujemy nowe ustawienia, możemy niechcący rozregulować napęd. Jeśli jednak ikona nie była wciśnięta, wystarczy wyłączyć i włączyć zasilanie napędu (chodzi o zasilanie logiki 24V) i zostaną przywrócone poprzednie ustawienia. 4.3 „Parameter Monitor” – Okno podglądu parametrów Podczas konfigurowania napędu bardzo przydatną rzeczą jest mieć możliwość podglądu na bieżąco najważniejszych parametrów i informacji dotyczących jego pracy. Okno podglądu w programie DrUrbitrus wywołujemy naciskając ikonę wybierając z menu „ToolsParameter Monitor”. na pasku narzędzi, lub Po lewej stronie okna znajduje się lista z parametrami. Po prawej stronie w górnej części znajduje się uaktualniany na bieżąco wykres wybranego parametru w funkcji czasu. Pod wykresem opcje z nim związane: • Refresh rate – częstotliwość uaktualniania wykresru • „Auto scale” – automatyczna / manualna skala osi Y wykresu • „Max/Min” – ustawienia wartości min/max osi Y jeśli załączona jest skala manualna osi Y W dolnej części znajduje się wskaźnik aktualnej pozycji w jednostkach użytkownika. Jednostką może być np. kąt, cal, lub milimetr. Trzeba tylko podać w polu „Steps Per Unit” ilość impulsów enkodera, która przypada na wybraną jednostkę. Na przykład jeśli enkoder posiada 10000imp/obrót i napęd przenoszony jest śrubą kulową o skoku 20mm i chcemy mieć tutaj wyświetlaną pozycję osi w mm: 10000[imp/obr] / [20mm/obr] = 500[mm]. Wpisujemy więc w polu „Steps Per Unit” wartość 500. Poniżej znajduje się lista dostępnych w podglądzie parametrów wraz z krótkim opisem. Nazwa parametru Opis Firmware Version Wersja oprogramowania napędu Drive Status Aktualny stan napędu Alarm Flags Znaczniki alarmów. Bardziej przyjazny człowiekowi opis alarmów dostępny jest po wybraniu z menu „ToolsShow Alarms” lub kliknięciu ikony na pasku narzędzi. Warning Flags Znaczniki ostrzeżeń. Bardziej przyjazny człowiekowi opis ostrzeżeń dostępny jest po wybraniu z menu „ToolsShow Alarms” lub kliknięciu ikony na pasku narzędzi. Digital inputs Stan wejść cyfrowych. Podgląd rozszerzony dostępny jest po wciśnięciu na pasku narzędzi. Digital outputs Stan wyjść cyfrowych. Podgląd rozszerzony dostępny jest po wciśnięciu na pasku narzędzi. External 5V output Aktualna wartość napięcia na pinie 18 (zasilanie enkodera i czujników HALL’a) złącza sygnałowego. Wartość prawidłowa +/-10% 24V Power Supply Aktualna wartość napięcia zasilania logiki. Wartość prawidłowa 24V +/-10% Powerstage Temperature Temperatura końcówki mocy (OC) Encoder Position Licznik pozycji enkodera Reference Position Licznik pozycji kontrolera, czyli licznik bezpośrednio powiązany z sygnałem STEP/DIR Encoder Velocity Prędkość mierzona na enkoderze Reference Velocity Prędkość mierzona na sygnale sterującym STEP/DIR (przeliczona z częstotliwości na obr/min) Reference Acceleration Przyspieszenie mierzone na sygnale sterującym STEP/DIR Step Frequency Częstotliwość sygnału STEP Following Error Aktualna odchyłka od pozycji zadanej wyrażona w impulsach enkodera Following Error (Max) Maksymalna chwilowa odchyłka od pozycji zadanej Velocity Error Aktualna odchyłka od prędkości zadanej Velocity Error (Max) Maksymalna chwilowa odchyłka od prędkości zadanej, czyli wynikającej z mierzonej częstotliwości sygnału STEP Encoder Errors Ilość błędnych odczytów enkodera. To pole powinno mieć wartość „0”. Jeśli jest tutaj wartość większa od zera, oznacza to problemy z okablowaniem lub awarię enkodera. Awaria enkodera należy do rzadkości, najczęstszą przyczyną jest złej jakości okablowanie lub brak styku jednego z sygnałów enkodera. Wartość większa od zera w tym polu oznacza również, że będą pojawiały się błędy pozycjonowania. Mechanical Angle (Encoder) Kąt mechaniczny wirnika silnika określany przy pomocy enkodera Electrical Angle (Encoder) Kąt elektryczny wirnika silnika określany przy pomocy enkodera Electrical Angle (HALL) (Tylko silniki bezszczotkowe). Kąt elektryczny wirnika silnika określany przy pomocy czujników HALL’a. Różnica absolutna pomiędzy tym kątem, a kątem elektrycznym z enkodera nie powinna przekroczyć 45O. Większa wartość Electrical Angle (Sensorless) HALL Sensors State Phase U Current Phase V Current Phase W Current Vector id Current Vector iq Current Peak Output Current DC Bus Voltage DC Bus Voltage (Min) DC Bus Voltage (Max) Output Power oznacza złe skonfigurowanie czujników HALL’a, zła kolejność podłączenia czujników HALL’a, lub zakłócenia na enkoderze spowodowane złej jakości okablowaniem. (Tylko silniki bezszczotkowe). W przyszłych wersjach oprogramowania będzie tutaj wartość kąta elektrycznego określonego przy pomocy algorytmów bezczujnikowych (Tylko silniki bezszczotkowe). Aktualny stan czujników HALL’a. Umożliwia szybie sprawdzenie, czy wszystkie trzy czujniki działają poprawnie. Aktualny prąd fazy U silnika Aktualny prąd fazy V silnika Aktualny prąd fazy W silnika (Silniki bezszczotkowe). Prąd wektora „d”. Powinien mieć wartości bliskie 0 Prąd pobierany przez silnik Maksymalny chwilowy prąd pobierany przez silnik Aktualne napięcie na szynie DC (VHH) Minimalne chwilowe napięcie na szynie DC (VHH). Można tutaj podejrzeć jak bardzo spada napięcie pod wpływem ogłoszenia Maksymalne chwilowe napięcie na szynie DC (VHH). Można tutaj podejrzeć jak bardzo napięcie jest podbijane podczas hamowania Aktualna moc wyjściowa (moc pobierana przez silnik) 4.4 Konfiguracja parametrów silnika Jeśli parametry silnika bezszczotkowego (AC/BLDC) nie są znane i brak jest jakiejkolwiek dokumentacji, to uruchomienie takiego silnika może okazać się bardzo trudne, lub wręcz niemożliwe - szczególnie dla osób z małym doświadczeniem. Wsparcie techniczne CS-Lab s.c. nie obejmuje takich przypadków. W indywidualnie ocenianych przypadkach istnieje możliwość odpłatnego przesłania silnika do siedziby CS-Lab s.c. do sprawdzenia i opracowania wstępnych parametrów konfiguracji napędu do jego poprawnej obsługi. Usługa taka będzie wyceniana indywidualnie w konkretnym przypadku. Jednymi z najważniejszych parametrów konfiguracyjnych są parametry silnika i od tego zawsze rozpoczynamy konfigurację napędu. Należy otworzyć okno konfiguracji poprzez menu „ConfigurationMotor Parameters”. 4.4.1 „Select Motor Type” – Wybór typu silnika W tej grupie dokonujemy wyboru typu silnika podłączonego do napędu ArbahDSP. Są tutaj cztery opcje wyboru, ale w obecnej wersji oprogramowania obsługiwane są dwie pierwsze: • „DC Motor” (silnik szczotkowy prądu stałego) • „AC Motor” (silnik bezszczotkowy AC lub BLDC). 4.4.2 „Motor Rated Values” – Parametry nominalne silnika Konfigurujemy tutaj trzy bardzo ważne parametry: Nazwa parametru Voltage Opis Napięcie nominalne silnika. Najczęściej wartość napięcia nominalnego podana jest na tabliczce znamionowej silnika. Rzeczywiste napięcie na silniku może być wyższe, gdyż napęd może chwilowo zwiększyć obroty powyżej nominalnych. Speed Current Nominalne obroty silnika. Wartość również powinna znajdować się na tabliczce znamionowej silnika. Prąd znamionowy silnika. Wartość ta również powinna być podana na tabliczce znamionowej silnika. Chwilowy prąd może być nawet trzykrotnie wyższy od nominalnego, ale tylko przez 3 sekundy (patrz „Rozdział 6 – charakterystyka przeciążeniowa”) Podanie nieprawidłowych wartości w tej grupie może trwale uszkodzić silnik. Firma CS-Lab s.c. nie ponosi odpowiedzialności za zniszczenia spowodowane niewłaściwą konfiguracją napędu. 4.4.3 „Brushless Motor (AC/BLDC) Parameters” Ta grupa dotyczy tylko silników bezszczotkowych. Konfigurujemy tutaj następujące parametry: Nazwa parametru R L Pole Pairs Opis Rezystancja uzwojeń silnika. W obecnej wersji oprogramowania parametr ten nie jest obsługiwany i można go nie podawać. W przyszłych wersjach oprogramowania parametr ten może być istotny dla bezczujnikowych metod określania kąta wirnika (komutacja silnika). Rezystancja uzwojeń silnika. W obecnej wersji oprogramowania parametr ten nie jest obsługiwany i można go nie podawać. W przyszłych wersjach oprogramowania parametr ten może być istotny dla bezczujnikowych metod określania kąta wirnika (komutacja silnika). Ilość par biegunów silnika. Parametr bardzo istotny, wartość czasem podawana jest na tabliczce znamionowej, czasem w dokumentacji silnika. Jeśli nie mamy informacji o ilości par biegunów, można to określić metodą prób i błędów. Najczęściej silniki serwo posiadają 3-6 par biegunów. Podanie złej wartości nie uszkodzi silnika, ale spowoduje, że przy próbie ruchu silnik szarpnie i stanie. Po chwili pojawi się alarm nadprądowy lub alarm przekroczenia tolerancji pozycji. 4.4.4 „Optional” – Parametry opcjonalne W tej grupie obecnie znajduje się tylko jeden parametr. W obecnej wersji oprogramowania nie ma on znaczenia. W przyszłych wersjach oprogramowania może mieć znaczenie dla funkcji autostrojenia. 4.4.5 „Feedback (INCREMENTAL ENCODER)” – Konfiguracja enkodera Nazwa parametru Pulses/Rev Opis Ilość impulsów na obrót enkodera (rozdzielczość). Parametr ma szczególne znaczenie przy silnikach bezszczotkowych, gdyż enkoder umożliwia precyzyjną komutację silnika. Wartość tutaj podana powinna być rzeczywistą rozdzielczością (producenci podają często ¼ wartości, nie uwzględniając dekodera Reverse Direction 4.4.6 „Hall Sensors Rotor Feedback” – Konfiguracja czujników Hall’a Nazwa parametru Invert Hall signals 4.4.7 kwadraturowego). Podanie złej wartości nie spowoduje uszkodzenia silnika, ale nie będzie on pracował poprawnie. Czasem nie wykona nawet jednego obrotu, czasem po kilku obrotach prąd zacznie gwałtownie wzrastać i pojawi się alarm nadprądowy. Rezystancja uzwojeń silnika. W obecnej wersji oprogramowania parametr ten nie jest obsługiwany i można go nie podawać. W przyszłych wersjach oprogramowania parametr ten może być istotny dla bezczujnikowych metod określania kąta wirnika (komutacja silnika). Opis Parametr bardzo ważny dla silników bezszczotkowych. Czasem czujniki Hall’a stosowane w silniku mają odwróconą logikę działania. Wtedy zaznaczamy tą opcję. Jeśli nie jesteśmy pewni – złe ustawienie nie spowoduje uszkodzenia silnika, ale silnik może szarpnąć w nieprzewidzianym kierunku i momencie po załączeniu zasilania końcówki. „Reference (STEP/DIR)” – Konfiguracja sygnałów sterujących STEP/DIR Nazwa parametru Invert Step Invert Dir Opis Odwrócenie logiki sygnału STEP. Zwiększanie licznika pozycji zadanej będzie odbywało się na opadające zbocze sygnału zamiast na narastające. By prawidłowo ustawić ten parametr trzeba wiedzieć w jakiej logice dostarcza sygnału sterownik CNC oraz w jaki sposób sygnał jest podłączony do napędu. Należy zwrócić uwagę czy parametr ten jest ustawiony prawidłowo, jeśli po dłuższej pracy występują błędy pozycjonowania. Odwrócenie logiki działania sygnału kierunku – „DIR”, czyli po prostu zmiana kierunku obrotów. 4.4.8 „Electronic Gearing” – Przekładnia elektroniczna Czasem zdarza się, że podłączony silnik posiada enkoder o dużej rozdzielczości – np. 40000 imp/obr., a sterownik CNC nie jest w stanie dostarczyć sygnału STEP o wystarczającej częstotliwości, by móc w pełni wykorzystać zakres obrotów silnika. Posłużę się tutaj przykładem: silnik z enkoderem 40000imp/obr. Posiada nominalne obroty = 3000obr/min, a maksymalne chwilowe 5000obr/min. 5000obr/min = 83,33obr/s. Teraz łatwo możemy obliczyć maksymalną częstotliwość sygnału STEP: 83,33obr/s * 40000imp/obr = 3,33 MHz. Powiedzmy, że napęd podłączamy do sterownika CSMIO/IP-M, który dostarcza sygnału STEP o częstotliwości maksymalnej 125kHz. Osiągnęlibyśmy zaledwie 187obr/min! Tutaj z pomocą przychodzi właśnie funkcja przekładni elektronicznej. Z jej pomocą możemy ustawić mnożnik x26 i uzyskamy prawie 5000obr/min. Funkcję przekładni konfigurują dwa parametry: X oraz Y. Zadana pozycja silnika wyrażona jest wzorem: 𝑋 𝑌 W naszym przykładzie wpisujemy więc X=26, a Y=1. Będziemy mnożyć więc sygnał wejściowy przez liczbę 26. Oczywiście jeśli istnieje taka potrzeba można przy pomocy tej funkcji dzielić sygnał wejściowy. Najczęściej wykorzystuje się jednak mnożenie. 𝑀𝑂𝑇𝑂𝑅 = 𝑆𝑌𝐺𝑁𝐴Ł 𝑊𝐸𝐽Ś𝐶𝐼𝑂𝑊𝑌 × By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji należy kliknąć ikonę na pasku narzędzi. 4.5 Konfiguracja wejść i wyjść cyfrowych Jeśli skonfigurowaliśmy już parametry silnika, czas ustawić funkcje wejść i wyjść cyfrowych. Okno konfiguracyjne we/wy można wywołać z menu „ConfigurationIO Signals” lub klikając na ikonę na pasku narzędzi. By przypisać funkcję do danego wejścia lub wyjścia należy kliknąć prawym przyciskiem na konkretnym wyjściu lub wejściu i wybrać z menu pożądaną funkcję. Dla każdego wejścia lub wyjścia można też odwrócić logikę działania poprzez zaznaczenie opcji „Invert”. W menu pod prawym przyciskiem myszy pokazują się tylko te funkcje, które nie zostały jeszcze przyporządkowane. Przez konfiguracją dobrze jest najpierw wyczyścić aktualne ustawienia. Dla wejść robimy to w ten sposób, że zaznaczamy wejście 0 (Input 0), następnie klikamy z wciśniętym klawiszem „Shift” na wejście 5 (Input 5). Na zaznaczone w ten sposób wszystkie wejścia klikamy prawym przyciskiem myszy i wybieramy „Unused”. Tak samo postępujemy dla wyjść, z tym że dla wyjść wybieramy „Always Off”. Po tej operacji możemy przystąpić do konfiguracji. Uwaga! W wersji oprogramowania 1.20 nieaktywne są następujące funkcje wejść cyfrowych: E-STOP, Limit[+] oraz Limit[-] oraz wyjść cyfrowych: Brake, Warning, On Position. Funkcje bezpieczeństwa są aktualnie realizowane w dedykowanym kontrolerze CNC – CSMIO/IP-S lub CSMIO/IP-M. W kolejnych wersjach oprogramowania te funkcje zostaną dodane by umożliwić zdublowanie obwodów zabezpieczeń. By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji należy kliknąć ikonę na pasku narzędzi. 4.5.1 Obsługiwane funkcje wyjść cyfrowych Wyjścia cyfrowe w napędzie ArbahDSP najczęściej używane jako: • „Alarm” - Sygnał informujący o alarmie (przerwaniu pracy), by sterownik CNC mógł zatrzymać pozostałe osie • „Home Sync Out” - Sygnał bazujący (Home) zsynchronizowany z indeksem enkodera - używany do dokładnego bazowania jeśli kontroler CNC nie posiada takiej funkcji (np. CSMIO/IP-M) 4.5.2 Obsługiwane funkcje wejść cyfrowych Wejścia cyfrowe napędu ArbahDSP najczęściej używane są jako: • „Servo On” – Sygnał załączenia/wyłączenia końcówki mocy napędu • „Reset” – Kasowanie alarmów • „Home” – wejście sygnału bazującego (do synchronizacji z indeksem enkodera) 4.6 Strojenie regulatora PID Dla początkujących instalatorów to najtrudniejszy etap konfiguracji, ale postępując zgodnie z instrukcją można całkiem dobrze nastroić regulator PID i to całkiem szybko. Zanim podamy zasilanie końcówki mocy (VHH) oraz załączymy serwonapęd (Servo On) należy wprowadzić początkowe, niskie wartości regulatora, by po załączeniu silnik nie wpadł od razu w głośne oscylacje. Należy otworzyć okno strojenia z menu „ConfigurationPID Tuning” lub klikając ikonę pasku narzędzi. na 4.6.1 Nastawy początkowe regulatora PID Zaczynamy od następujących ustawień. • Zakładka Manual Tuning / Position Regulator (regulator pozycji) o Kp = 0.100 o Ki = 0.000 o Kd = 0.000 • Zakładka Manual Tuning / Speed Regulator (regulator prędkości) o Kp = 0.700 o Ki = 0.001 o Kd = 0.000 • Zakładka Manual Tuning / Feed Forward o Vff = 1.000 o Aff = 0.000 • Zakładka Additional Parameters o Inertia Ratio = 1.0 dla osi lekkich o małej bezwładności do 2.5 dla ciężkich osi o dużej bezwładności. Jeśli nie mamy wprawy – wpisujemy 1.5 o Max Following Error – to maksymalny dozwolony błąd pozycji. Podczas strojenia najlepiej ustawić tutaj ilość impulsów enkodera odpowiadającą 2 obrotom silnika czyli dla enkodera 10000imp/obr. wpisujemy 20000. o W grupie „Motor Torque Ripple Compensation” wszystko ustawiamy na 0. 4.6.2 Procedura ręcznego strojenia regulatorów Podczas strojenia napęd powinien być podłączony do kontrolera CNC, ponieważ żeby nastroić oś, trzeba będzie nią poruszać. Na tym etapie możemy podać napięcie zasilania końcówki mocy (VHH) i załączyć serwonapęd. Bądźmy jednak przygotowani do szybkiego odłączenia zasilania końcówki, lub przynajmniej wyłączenia sygnału „Servo On” na wypadek, gdyby okazało się, że coś zostało skonfigurowane niewłaściwie i silnik wpadnie w drgania lub zacznie się obracać w nieprzewidzianym momencie. • W kontrolerze CNC należy ustawić małą prędkość ruchu – odpowiadającą ok. 50 – 100 obr/min silnika. Na podanych ustawieniach początkowych regulatora silnik powinien się poruszyć. o W przypadku, gdy słychać piski, lub pojawia się alarm przeciążenia lub zwarcia, trzeba zmniejszyć wartości reg. PID prądowego: zakładka „Current Reg.” zmniejszyć kP o ¼. Jeśli nie pomaga, spróbować znowu zmniejszyć ten parametr o ¼ i dodatkowo Ki również o ¼. W bardzo rzadkich przypadkach „egzotyczne” silniki teoretycznie mogą odmówić współpracy, choć takiego przypadku jeszcze w praktyce nie odnotowano. o Jeśli silnik szarpie i napęd wyłącza się, lub silnik wykonuje tylko ułamek obrotu i prąd wzrasta aż do wywołania alarmu przeciążenia to jedną z możliwych przyczyn będzie: Źle skonfigurowany kierunek liczenia enkodera Nieprawidłowe podłączenie czujników HALL’a Źle skonfigurowana polaryzacja sygnałów HALL’a Nieprawidłowe podłączenie faz silnika Nieprawidłowo podana ilość par biegunów silnika • Jeśli silnik się obraca, to już spora część trudności za nami, można przejść do faktycznego strojenia opisanego poniżej. • W kontrolerze CNC ustawiamy program, który będzie poruszał nam strojoną osią na przemian w obu kierunkach. • Powoli zwiększamy wzmocnienie kP regulatora prędkości (Speed Regulator) aż do wystąpienia pierwszych objawów przesterowania, czyli brzęczenia lub pisków – będą one występowały szczególnie przy nawrotach, dlatego warto by program ustawiony na kontrolerze CNC nie wykonywał zbyt długich ruchów. • Po pierwszych objawach przesterowania zmniejszamy wartość kP (Speed Regulator) o 20%. • W identyczny sposób stroimy wartość kI(Speed Regulator). Powoli zwiększamy (tutaj bezpieczniej nawet wpisywać wartości z klawiatury, ponieważ często już bardzo małe – 0.015 – wartości powodują przesterowanie). Przy pierwszych objawach wibracji zmniejszamy wartość kI o 20%. • Następnie w identyczny sposób stroimy regulator prędkości. Podczas ruchu powoli zwiększamy wzmocnienie kP (Position Regulator) aż do wystąpienia wibracji, a następnie zmniejszamy parametr o 20%. By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji należy kliknąć ikonę na pasku narzędzi. W większości przypadków na tym etapie procedura strojenia jest zakończona. W przypadku dużej tendencji osi do wpadania w wibracje, można spróbować je wytłumić ustawiając wzmocnienie kD regulatora prędkości w przedziale od 1.000 do nawet 10.000. Jeśli oś nadal ma tendencje do wibracji, można zdjąć po 10% z kP pozycyjnego oraz kP i KI regulatora prędkości. Pamiętaj o zatwierdzaniu wpisywanych wartości klawiszem „Enter”. Podczas strojenia warto obserwować parametr „Following Error (Max)” w oknie podglądu ( ). Gdy zakończymy procedurę strojenia, można ustawić maksymalny dozwolony błąd pozycji w przybliżeniu na dwukrotną wartość maksymalnego błędu. Czyli jeśli „Following Error (Max) = 23”, parametr „Max Following Error” na zakładce “Additional Parameters” ustawiamy np. na 50. 4.6.3 Procedura automatycznego strojenia regulatorów Funkcja Automatycznego strojenia będzie dostępna w kolejnych wersjach oprogramowania, w obecnej chwili jest nieaktywna. Zawsze jednak warto umieć nastroić regulatory ręcznie, gdyż z reguły ręczne strojenie daje lepsze efekty. 4.7 Kompensacja tętnień momentu obrotowego (dla zaawansowanych) Niektóre egzemplarze silników mają spore tętnienia momentu obrotowego w funkcji kąta obrotu. Kształt tętnień często ma kształt zbliżony do funkcji sinus, a częstotliwość uzależniona jest od ilości biegunów silnika. Jeśli zauważymy, że na jakiejś prędkości ruchu występuje rezonans i drgania, możemy użyć parametrów z zakładki „Additional parameters”, z grupy „Motor torque ripple compensation”. Za pomocą tych parametrów można nałożyć funkcję sinus na wyjście regulatora prądu, by skompensować tętnienia momentu obrotowego. Poszczególne parametry określają następujące cechy funkcji: parametr Ampl. Hrm. Phase Opis Amplituda nakładanej funkcji sinus Numer harmonicznej do częstotliwości wynikającej z obrotu mechanicznego Przesunięcie w fazie Funkcji używamy w następujący sposób: • Ustawiamy harmoniczną na dość wysoką wartość np. 10 • Ustawiamy amplitudę również dosyć wysoko np. 0.100 • Z kontrolera CNC startujemy program, który będzie poruszał osią tam i z powrotem z prędkością rezonansową • Suwakiem „Hrm.” szukamy „na słuch” takiej harmonicznej, która da taki sam dźwięk wibracji jak występujący wcześniej rezonans • • • Zmniejszamy wartość „Ampl.” do 0.050 Suwakiem „Phase” szukamy wartości przy której silnik pracuje najrówniej i najciszej Na koniec szukamy suwakiem „Ampl.” takiej wartości, która najskuteczniej wycisza rezonans Przy odrobinie wprawy całą operację można przeprowadzić szybko i z bardzo dobrymi efektami. By zmiany ustawień zostały zachowane po wyłączeniu zasilania, po dokonaniu zmian w konfiguracji należy kliknąć ikonę na pasku narzędzi. Po zakończonej konfiguracji zawsze dobrze jest wykonać kopię zapasową ustawień, nagrywając je do pliku. 5 Opis flag alarmów napędu Okno z informacją o aktualnych alarmach i ostrzeżeniach można otworzyć z menu „ToolsShow Alarms” lub kliknąć na ikonę Nazwa alarmu Overvoltage Overload Overcurrent Overheat Overspeed Undervoltage Following error Hall Sensors Encoder Rotor Pos. na pasku narzędzi. Opis Przekroczenie napięcia w obwodzie DC końcówki mocy. Alarm pojawia się gdy zasilimy końcówkę mocy zbyt wysokim napięciem, lub gdy podczas hamowania energia odbierana z silnika podbije napięcie zasilania. W tym drugim wypadku należy zmniejszyć rampę hamowania w sterowniku CNC, zwiększyć pojemność kondensatorów w zasilaczu, lub zastosować specjalny zasilacz firmy CS-Lab s.c., który posiada możliwość podłączenia rezystora hamowania. Przeciążenie. Prąd wyjściowy na silnik był przekroczony przez zbyt długi czas (patrz rozdział 6 - „Charakterystyka przeciążeniowa”. Może to oznaczać zbyt duże obciążenie mechaniczne silnika, awarię silnika, bądź źle skonfigurowane parametry silnika. Alarm zwarciowy. Oznacza zwarcie przewodów zasilania silnika, awarię silnika, awarię końcówki mocy. Może pojawić się również przy niepoprawnie skonfigurowanym regulatorze PID prądu. Oznacza przegrzanie napędu. Należy odczekać aż napęd ostygnie, a jeśli problem się powtarza, trzeba zapewnić lepsze chłodzenie napędu i szafy sterowniczej. Alarm czasem pojawia się sporadycznie po załączeniu zasilania, gdy element pomiarowy nie zdąży poprawnie się załączyć. Problem ten zostanie usunięty w kolejnych aktualizacjach oprogramowania. Prędkość obrotowa silnika została przekroczona na zbyt długi czas. Należy sprawdzić ustawienia prędkości maksymalnej w sterowniku CNC i ewentualnie konfigurację przekładni elektronicznej. Napięcie zasilania końcówki jest zbyt niskie. Alarm ten występuje gdy nie podamy napięcia VHH, może czasem pojawiać się przy zbyt słabym zasilaniu, lub gdy zasilacz końcówki ulegnie awarii. Napęd nie był w stanie utrzymać zadanej tolerancji pozycjonowania. Należy sprawdzić konfigurację maksymalnego dozwolonego błędu pozycjonowania / ustawienia regulatorów PID oraz ewentualnie skorygować rampy przyspieszenia/hamowania w sterowniku CNC. Nieprawidłowe odczyty z czujników HALL’a. Może oznaczać uszkodzenie któregoś czujnika, lub (częściej) błędy w podłączeniu, złej jakości przewód, lub nieprawidłowo podłączone ekranowanie. Błąd również pojawia się gdy, podłączymy silnik DC, a jeszcze nie przekonfigurowaliśmy napędu. W takim wypadku należy ustawić typ silnika, zapisać ustawienia, a następnie wyłączyć i włączyć zasilanie 24V napędu. Błędne odczyty sygnałów enkodera. Może oznaczać uszkodzenie, bądź źle podłączony enkoder. Może pojawić się również, gdy przewód połączeniowy nie będzie typu „skrętka” lub nieprawidłowo będzie podłączone ekranowanie przewodu enkodera. Błąd pozycjonowania wirnika. Procedura określania pozycji wirnika Ext. 5V 24V Supply LEM Sens. Cal. Default Cfg. Loaded EEPROM Motor Soft. Driver po załączeniu zasilania zakończyła się niepowodzeniem. Sprawdź połączenia silnika i konfigurację. Przeciążenie wyjścia 5V. Napięcie wyjściowe 5V przeznaczone do zasilania enkodera i czujników HALL’a spadło poniżej dozwolonej wartości. Może to oznaczać zwarcie we wtyczce lub przewodach, albo uszkodzenie enkodera lub czujników HALL’a. Zasilanie logiki (24V) spadło poniżej bądź wzrosło powyżej wartości dozwolonej. Sprawdź zasilacz. Błąd kalibracji czujników prądu LEM. Skontaktuj się z serwisem. Wartość kontrolna CRC32 w pamięci urządzenia była niezgodna i została załadowana konfiguracja domyślna. Oznacza utratę konfiguracji napędu i/lub awarię pamięci nieulotnej urządzenia. Jeśli po ponownej konfiguracji problem się powtarza, skontaktuj się z serwisem. Awaria pamięci nieulotnej. Skontaktuj się z serwisem. Błąd algorytmu sterującego silnikiem. Sprawdź konfigurację silnika, popraw ewentualne błędy, zapisz konfigurację, a następnie wyłącz i włącz zasilanie logiki urządzenia. Jeśli problem się powtarza, skontaktuj się z serwisem. 5.1 Flaga ostrzeżenia „Motor load >100%” Aktualnie dość często pojawia się flaga ostrzeżenia informująca, że obciążenie silnika wynosiło ponad 100%. Flaga pojawia się nieco zbyt szybko, bo nawet przeciążenie na krótki ułamek sekundy powoduje jej pojawienie się. W przyszłych wersjach oprogramowania zostanie to skorygowane, a do tego czasu można spokojnie ignorować tą flagę. Nie powoduje ona przerwania pracy i nie ma żadnego negatywnego wpływu na pracę napędu. 5.2 Flaga alarmu „Overheat” po załączeniu zasilania Sporadycznie po załączeniu zasilania czujnik temperatury nie zdąży dokonać prawidłowego pomiaru i występuje alarm przegrzania napędu. W takiej sytuacji wystarczy impuls na linii wejściowej zdefiniowanej jako „Reset” (Dlatego warto mieć podłączony taki sygnał ze sterowania). W sterowniku CSMIO/IP-x można zdefiniować wyjście cyfrowe jako „Reset” dla serwonapędów. W takiej sytuacji nawet nie zauważymy tego problemu. Zostanie on wyeliminowany wraz z najbliższą aktualizacją oprogramowania. 6 Charakterystyka przeciążeniowa napędu Napęd ArbahDSP pozwala na trzykrotne przeciążenie silnika na czas 3 sekund. Jeśli jednak silnik jest tylko nieznacznie przeciążony, dozwolony czas wydłuża się. Poniżej charakterystyka dozwolonego czasu przeciążenia(oś pionowa) w funkcji jego wartości(oś pozioma). Przeciążenie sygnalizowane jest mruganiem czerwonej kontrolki „Alarm” na urządzeniu. Ponadto sposób mrugania diody dostarcza informacji kiedy możemy się spodziewać wystąpienia alarmu przeciążenia i przerwania pracy. Jeśli kontrolka zapala się na krótki czas, a dłuższy czas pozostaje wygaszona – pozostaje jeszcze nieco czasu do alarmu. Jeśli dioda świeci się prawie ciągle, gasnąc tylko na krótki czas – oznacza, że za moment wystąpi alarm przeciążenia. 7 Dodatek A - Aktualizacja oprogramowania urządzenia Aktualizacje oprogramowania można pobierać ze strony http://www.cs-lab.eu. Archiwum .zip zawiera: • Aktualne oprogramowanie konfiguracyjno-diagnostyczne DrUrbitrus • Plik firmware’u, czyli aktualne oprogramowanie serwonapędu • Uploader, czyli program aktualizujący oprogramowanie w urządzeniu ArbahDSP. Aktualizacja programu DrUrbitrus sprowadza się do skasowania starej wersji i zastąpieniu jej plikami z archiwum. Aktualizacja oprogramowania w urządzeniu ArbahDSP wymaga uruchomienia programu DSPServo-Fw-Uploader.exe. Najpierw jednak wykonaj kopię ustawień, zapisując je do pliku w programie DrUrbitrus. W oknie programu uploader’a wybieramy nr portu COM, pod którym mamy podłączony napęd ArbahDSP. Jeśli korzystamy z przejściówki USB-RS232 z firmy CS-Lab s.c. nr portu COM można sprawdzić w menadżerze urządzeń Windows®. Następnie należy załadować plik zawierający firmware (przycisk Open App. File) oraz kliknąć klawisz „Flash Program”. Ukaże się po chwili pasek postępu informujący o przebiegu aktualizacji. Po zakończonej aktualizacji wyłącz i włącz zasilanie urządzenia, oraz przywróć ustawienia z zachowanego wcześniej pliku przy pomocy programu DrUrbitrus. Aktualizacji powinien dokonywać jedynie instalator systemu sterowania, ponieważ czasem po aktualizacji do nowszej wersji mogą pojawić się dodatkowe opcje, które trzeba będzie skonfigurować. Wykonanie aktualizacji przez niewykwalifikowany personel może skutkować błędnym działaniem napędu, lub nawet niemożliwością używania go do czasu poprawnego skonfigurowania. 8 Dodatek B - Co to jest Regulator PID 8.1 Czym jest regulator PID W przeciwieństwie do silników krokowych, które sterowane są można powiedzieć „na ślepo”, serwonapędy pracują w tzw. pętli zamkniętej, czyli sterując silnikiem sprawdzają czy jego pozycja jest zgodna z zadaną. Jeśli rzeczywista pozycja wirnika odbiega od spodziewanej, wprowadzana jest korekta prądu by zniwelować zaistniały błąd. Silnik po prostu zwalnia jeśli wyprzedził zadaną pozycję, lub przyspiesza, żeby nadgonić, jeśli zadana pozycja wyprzedziła rzeczywistą. To tak jak byśmy jadąc samochodem chcieli zrównać się z innym, który jedzie pasem obok. Jeśli nam ucieka – dodajemy gazu, jeśli my uciekamy w przód – ujmujemy gazu. Co się jednak stanie, jeśli samochód, z którym chcemy się zrównać nie ułatwia nam zadania i sam co chwilę zwalnia i przyspiesza, a do tego sami jesteśmy nerwowi i przesadnie na przemian reagujemy wciskając do oporu pedał gazu lub hamulec? Stanie się to, że ciągle będziemy się mijać ze ściganym autem, większość czasu będąc od niego w sporej odległości. Przekładając tę analogię na obrabiarkę numeryczną okazałoby się, że osie nie trzymają się zadanej ścieżki ruchu i powstałyby spore niedokładności obróbki. Serwonapędy wymagają więc, by korekta na powstający błąd pozycji była jak najszybsza oraz jak najbardziej precyzyjna. Sięgając do porównania z autami, chodzi o to, by kierowca w ścigającym aucie był jak najbardziej doświadczony, by umiał przewidywać zachowanie ściganego auta oraz umiał precyzyjnie reagować na sytuację. W serwonapędach tym „kierowcą” jest właśnie regulator PID. Regulator ten to matematyczny algorytm, który odpowiada za reakcję silnika na powstające odchyłki od zadanej pozycji. Nazwa PID wywodzi się od poszczególnych bloków regulatora: • • • Proportional Integral Derivative - człon proporcjonalny - człon całkujący - człon różniczkujący 8.2 Działanie poszczególnych członów regulatora Matematycznych opisów działania regulatora PID są w sieci dziesiątki tysięcy, tyle, że dla większości ludzi są one po prostu delikatnie mówiąc mgliste, a w praktyce nic nie tłumaczą. W tym podrozdziale człony regulatora PID zostaną przedstawione w kilku słowach, tak by można było pojąć logikę ich działania. 8.2.1 Człon proporcjonalny – P Jest to chyba najprostsza część składowa regulatora. Powoduje ona, że korekcja jest tym większa im większy błąd pozycji. Błąd obliczany jest w następujący sposób: 𝑃𝑒𝑟𝑟 = 𝑃 − 𝑃𝑒𝑛𝑐 Gdzie: P err : Błąd pozycji P : Aktualna pozycja zadana P enc : Aktualna pozycja rzeczywista z enkodera Wyjście członu obliczane jest wzorem: 𝑂𝑈𝑇𝑃 = 𝐾𝑃 ∗ 𝑃𝑒𝑟𝑟 Gdzie: OUT P : Wyjście członu proporcjonalnego Kp : Wzmocnienie członu proporcjonalnego P err : Błąd pozycji Załóżmy, że zadana pozycja = 0, Kp = 10 i przeanalizujmy sytuację dla kilku różnych pozycji rzeczywistych silnika: • Pozycja silnika = 0: Błąd jest zerowy, więc człon ‘P’ ma również wyjście zerowe czyli brak korekcji (bo nie jest potrzebna). • Pozycja silnika = 1: Błąd = (0 – 1) = -1. Wyjście regulatora = 10 * -1 = -10. • Pozycja silnika = 5: Błąd = (0 – 5) = -5. Wyjście regulatora = 10 * -5 = -50. • Pozycja silnika = -5: Błąd = (0 – (-5)) = 5. Wyjście regulatora = 10 * 5 = 50. Z powyższych przykładów widać dokładnie, że siła korekcji rośnie wraz z błędem, a kierunek korekcji jest przeciwny do kierunku błędu. Ta część regulatora jest skuteczna przy większych wartościach błędu, natomiast przy małych wartościach błędu radzi sobie słabo. 8.2.2 Człon całkujący – I Dla niektórych użytkowników, niezaznajomionych z matematyką, całka może brzmieć groźnie, w rzeczywistości jednak działanie tego członu jest bardzo proste. Wyjście tego członu regulatora PID zależy od błędu pozycji i czasu trwania tego błędu. Załóżmy, że człon proporcjonalny usunął większość błędu pozycji, ale na wskutek tarcia pozostał niewielki błąd – np. 10 imp. Enkodera. Przy tak małym błędzie człon proporcjonalny nie koryguje mocno i jego wyjście nie jest w stanie pokonać tarcia. Silnik więc stoi, a błąd pozostaje. Tutaj właśnie do akcji wkracza człon ‘I’. Dla uproszczenia załóżmy, że regulator pracuje raz na sekundę, a Ki (wzmocnienie) = 1. W takiej sytuacji wyjście członu ‘I’ będzie wyglądało następująco: • Czas t=0s : wyjście = 0 • • • • Czas t=1s Czas t=2s … Czas t=10s : wyjście = 10 : wyjście = 20 : wyjście = 100 Z powyższego przykładu widać, że nawet niewielki błąd może wywołać dużą wartość korekcji, jeśli występuje przez dłuższy czas. W praktyce do czynienia mamy nie z sekundami, lecz z ułamkami sekund, gdyż regulatory PID pracują od kilkuset do kilku tysięcy razy na sekundę. Łącząc człony ’P’ oraz ‘I’ otrzymujemy regulator, który natychmiast reaguje na duże wartości błędu (P), a pozostałe niewielkie odchyłki koryguje z niewielkim opóźnieniem (I). Wszystko zaczyna działać więc całkiem sprawnie. 8.2.3 Człon różniczkujący – D Po przeczytaniu opisu członów ‘P’ oraz ‘I’ można dojść do wniosku, że nic więcej nie jest już potrzebne. W wielu wypadkach jak najbardziej jest to prawda i w praktyce bardzo często wzmocnienie członu różniczkującego ‘D’ jest ustawione na 0, co powoduje jego pominięcie. Czasem jednak zachodzi konieczność wprowadzenie pewnego elementu stabilizującego, gdyż ‘ostro’ nastrojone człony ‘P’ oraz ‘I’ mogą powodować powstawanie niepożądanych drgań w pobliżu ustalonej pozycji. Tutaj pomocny właśnie może okazać się człon różniczkujący ‘D’, który działa trochę jak amortyzator – zapobiega nagłym, szybkim ruchom. Człon ten reaguje tym większą siłą im szybciej zmienia się błąd pozycji. Jeśli błąd szybko narasta, człon ‘D’ będzie reagował mocno w stronę ‘-‘. Jeśli błąd szybko maleje, człon ‘D’ będzie reagował mocno na „+”. 8.2.4 „Szósty zmysł” – czyli parametry VFF i AFF Skąd te dodatkowe parametry, skoro omówione zostały już wszystkie części składowe regulatora PID? Tak naprawdę nie są to żadne dodatkowe człony regulatora, a raczej elementy, które ułatwiają regulatorowi PID pracę. Wnikliwie przyglądając się opisom trzech składowych regulatora PID można dostrzec, że wyjście każdego członu uzależnione jest od błędu pozycji. Regulator więc nie działa, jeśli błąd pozycji równy jest zero. Problem polega na tym, że chcemy, by błąd był jak najmniejszy, a najlepiej właśnie równy zero, bo to oznacza najlepszą dokładność pracy. Tutaj z pomocą przychodzi parametr V FF (oraz A FF ), który reaguje z wyprzedzeniem, zanim jeszcze powstanie błąd pozycji. Oczywiście działanie z wyprzedzeniem opiera się na przewidywaniu, a przewidywanie nigdy nie jest pewne w 100%, wobec tego jakiś błąd pozycji powstanie i PID będzie miał co robić, w praktyce jednak dobrze dobrane wzmocnienie V FF jest w stanie zmniejszyć chwilowe błędy pozycji nawet 10-cio krotnie! Parametr V FF przewiduje pozycję na podstawie prędkości, natomiast A FF działa w oparciu o przyspieszenie. Skuteczność tych parametrów mocno uzależnione jest od rozdzielczości enkodera zainstalowanego na silniku. Zalecany enkoder to min. 10000imp./obr. (licząc wszystkie zbocza, czyli 2500 podając wartość „zwykłą”). 9 Dodatek C – Oś zależna W wielu napędach dostępna jest funkcja tzw. osi zależnej, przez wielu instalatorów wykorzystywana do realizacji osi zależnej w obrabiarkach gdzie pojedyncza oś napędzana jest dwoma silnikami. Nie zawsze jednak jest to optymalne rozwiązanie, gdyż oba silniki działają jakby były mechanicznie połączone. Dlaczego jest to wada? Przecież o to chyba chodzi w funkcji osi zależnej? Powiedzmy, że mamy do czynienia z frezarką bramową i brama właśnie sterowana jest dwoma silnikami po jednym z każdej strony. Gdy wyłączymy zasilanie, silniki staną się „luźne”, a brama ustawi się w pozycji najmniejszego naprężenia. Problem polega na tym, że w takiej sytuacji praktycznie nigdy nie będzie zachowana prostopadłość bramy, czyli frezując kwadrat tak naprawdę wyszedłby nam romb. Nie ma w takiej sytuacji jak skorygować powstałych niedokładności, bo po załączeniu zasilania napędy poszczególnych stron bramy są jak „sklejone” ze sobą. W systemie opartym na napędach ArbahDSP oraz dedykowanym sterowniku CNC – CSMIO/IP-S przyjęto inny sposób realizacji osi zależnej, a mianowicie funkcja ta realizowana jest przez sterownik CSMIO/IP-S. Sterownik ten podczas bazowania wykonuje specjalną procedurę korekcji geometrii, podczas której napędy obu stron naszej przykładowej bramy frezarki będą pracować niezależnie od siebie – jak całkiem osobne osie. Dopiero po wykonanej korekcji geometrii napędy obu stron zostają elektronicznie sprzęgnięte ze sobą i działają jak jeden. Z uwagi na powyższe założenia, implementacja funkcji osi zależnej w napędzie nie miałaby sensu. Funkcję tą realizuje dedykowany sterownik CSMIO/IP-S. 10 Dodatek D – Diagnostyka z poziomu programu Mach3 Napęd ArbahDSP można połączyć szyną CAN z dedykowanym sterownikiem CNC – CSMIO/IP-S. W obecnej wersji oprogramowania pozwala to na diagnostykę napędu bezpośrednio w programie Mach3, bez konieczności podłączania konwertera USB-RS232 oraz uruchamiania programu DrUrbitrus. Z poziomu programu Mach3 wystarczy wybrać z menu „PlugIn Control CSMIO_IP plugin”, przejść na zakładkę „Expansion modules” i kliknąć na pozycji „ARBAHDRV”. Zostanie otwarte okno, w którym pokazane są: • Licznik pozycji enkodera • Aktualna odchyłka od pozycji zadanej • Prąd pobierany przez silnik • Stan czujników Hall’a • Status napędu • Stan wejść oraz wyjść cyfrowych • Temperatura końcówki mocy • Flagi alarmów w postaci czytelnych kontrolek Ponadto, jeśli połączymy napędy ArbahDSP szyną CAN ze sterownikiem, w logu CSMIO/IP będzie zapisywana informacja o przyczynie wyłączenia (rodzaj alarmu) osi, jeśli taka sytuacja będzie miała miejsce. Może to znacznie ułatwić diagnozę, jeśli wystąpią jakiekolwiek problemy. W przyszłych wersjach oprogramowania wraz z pojawieniem się sterownika CSMIO/IP-S v3 połączenie po szynie CAN wyeliminuje konieczność stosowania sygnałów STEP/DIR i dodatkowo poprawi jakość pozycjonowania napędu. Jeśli chcemy szyną CAN połączyć więcej niż jeden napęd, trzeba skonfigurować napędom adresy CAN. W tym celu należy w programie DrUrbitrus wybrać z menu opcję „ConfigurationCommunication” i ustawić adres CAN urządzenia. Na szynie może być podłączone nawet sześć napędów ArbahDSP.